Chapter 07

事务与并发控制

ACID 特性、四种隔离级别、并发问题分析与锁机制详解

7.1 什么是事务

事务（Transaction）是一组作为整体执行的 SQL 操作集合：要么全部成功（COMMIT），要么全部回滚到初始状态（ROLLBACK），不会存在"做了一半"的中间状态。

🏦

经典示例：银行转账 Alice 向 Bob 转账 100 元，需要两步：
① 从 Alice 账户扣 100 元
② 向 Bob 账户加 100 元
如果 ① 成功但 ② 失败（网络中断、程序崩溃），钱就凭空消失了！事务保证两步要么都成功，要么 ① 也回滚，账户余额保持不变。

SQLBEGIN;   -- 或 START TRANSACTION（MySQL 两者等价）

UPDATE accounts SET balance = balance - 100
WHERE user_id = 1 AND balance >= 100;  -- 扣款，同时检查余额

-- 检查是否成功（受影响行数为 0 表示余额不足）
-- 应用程序检查 affected_rows，为 0 则 ROLLBACK

UPDATE accounts SET balance = balance + 100
WHERE user_id = 2;  -- 入账

COMMIT;   -- 所有操作成功，提交事务
-- 如果中途出错，执行 ROLLBACK; 回滚所有变更

7.2 ACID 特性

ACID 是关系型数据库事务的四个核心性质：

7.3 事务控制语句

SQL-- 开始事务
BEGIN;
START TRANSACTION;  -- MySQL 等价写法

-- 提交事务（永久保存所有变更）
COMMIT;

-- 回滚事务（撤销所有未提交的变更）
ROLLBACK;

-- SAVEPOINT：在事务中设置保存点，可部分回滚
BEGIN;
INSERT INTO orders (user_id, total_price) VALUES (1, 100);
SAVEPOINT sp1;  -- 设置保存点

INSERT INTO order_items (...) VALUES (...);  -- 如果这里失败
ROLLBACK TO sp1;  -- 只回滚到 sp1，orders 的插入保留

COMMIT;

-- 查看当前自动提交状态（MySQL 默认开启 autocommit）
SHOW VARIABLES LIKE 'autocommit';
-- 关闭 autocommit（每条语句不再自动提交，需手动 COMMIT）
SET autocommit = 0;

7.4 四种并发问题

多个事务并发运行时，如果不加以控制，会出现以下问题：

① 脏读（Dirty Read）

事务 A 读取了事务 B 尚未提交的数据。如果 B 随后回滚，A 读到的就是"脏数据"。

时间事务 A事务 B
T1UPDATE accounts SET balance = 200 WHERE id = 1;（未提交）
T2SELECT balance FROM accounts WHERE id = 1; → 读到 200
T3ROLLBACK; （余额恢复为原来的值）
T4基于 200 进行业务计算 → 错误！

② 不可重复读（Non-Repeatable Read）

同一事务内，两次读取同一行，结果不一样（另一事务在两次读取之间修改并提交了数据）。

时间事务 A事务 B
T1SELECT balance → 100
T2UPDATE ... SET balance = 200; COMMIT;
T3SELECT balance → 200（同一事务，两次读取结果不同！）

③ 幻读（Phantom Read）

同一事务内，两次执行相同的范围查询，行数不同（另一事务插入了新行并提交）。

时间事务 A事务 B
T1SELECT COUNT(*) FROM orders WHERE user_id = 1; → 5 行
T2INSERT INTO orders (user_id,...) VALUES (1,...); COMMIT;
T3SELECT COUNT(*) FROM orders WHERE user_id = 1; → 6 行（幻行出现！）

④ 丢失更新（Lost Update）

两个事务同时读取同一数据，各自修改后写回，后写入的覆盖了先写入的结果。

时间事务 A（+100）事务 B（+200）
T1读取 balance = 1000读取 balance = 1000
T2计算 1000 + 100 = 1100计算 1000 + 200 = 1200
T3写入 balance = 1100; COMMIT;
T4写入 balance = 1200; COMMIT;（A 的修改丢失！）

7.5 四种隔离级别

隔离级别脏读不可重复读幻读性能
READ UNCOMMITTED❌ 存在❌ 存在❌ 存在最高
READ COMMITTED✅ 解决❌ 存在❌ 存在高
REPEATABLE READ✅ 解决✅ 解决⚠️ 部分*中
SERIALIZABLE✅ 解决✅ 解决✅ 解决最低

* MySQL InnoDB 的 REPEATABLE READ 通过 MVCC + Next-Key Lock 解决了大部分幻读问题。PostgreSQL 的 REPEATABLE READ 也解决了幻读。

SQL-- 查看当前隔离级别
SELECT @@transaction_isolation;  -- MySQL
SHOW transaction_isolation;      -- MySQL
SHOW default_transaction_isolation; -- PostgreSQL

-- 设置会话级别的隔离级别
SET SESSION TRANSACTION ISOLATION LEVEL READ COMMITTED;   -- MySQL
SET default_transaction_isolation TO 'READ COMMITTED';    -- PostgreSQL

-- 为单个事务设置隔离级别
SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL SERIALIZABLE;
BEGIN;
-- ... 操作 ...
COMMIT;

各数据库默认隔离级别

7.6 锁机制

锁的粒度

锁类型粒度并发性适用场景
表级锁整张表低MyISAM、DDL 操作
行级锁单行高InnoDB（默认），高并发 OLTP
间隙锁（Gap Lock）索引范围中InnoDB REPEATABLE READ，防幻读

共享锁（S）与排他锁（X）

SQL-- FOR UPDATE：锁定查询到的行，防止其他事务修改（适合秒杀、库存扣减）
BEGIN;
SELECT stock FROM products
WHERE id = 42
FOR UPDATE;          -- 加排他锁，其他事务尝试修改这行会等待

-- 检查库存并扣减
UPDATE products
SET stock = stock - 1
WHERE id = 42 AND stock > 0;

COMMIT;  -- 提交后释放锁

7.7 死锁

死锁（Deadlock）：事务 A 持有资源1的锁并等待资源2；事务 B 持有资源2的锁并等待资源1。两者互相等待，永远无法推进。

🔒

死锁示例
事务A：锁定 accounts 表 id=1，然后想锁 id=2
事务B：锁定 accounts 表 id=2，然后想锁 id=1
两者互相等待 → 死锁

数据库的死锁处理

InnoDB 有死锁检测机制：发现死锁时，选择一个"代价最小"的事务（通常是修改行数较少的）作为牺牲者（victim），强制回滚，并向该事务返回错误（Error Code: 1213）。应用层收到此错误后应重试事务。

如何避免死锁

SQL-- 查看当前锁等待情况（MySQL）
SELECT * FROM information_schema.INNODB_TRX;
SELECT * FROM information_schema.INNODB_LOCKS;
SELECT * FROM information_schema.INNODB_LOCK_WAITS;

-- MySQL 8.0+ 更简洁的方式
SELECT * FROM performance_schema.data_locks;

-- PostgreSQL 查看锁
SELECT * FROM pg_locks;
SELECT * FROM pg_stat_activity;